JPH1132278A

JPH1132278A - プロジェクタ装置

Info

Publication number: JPH1132278A
Application number: JP9185159A
Authority: JP
Inventors: Kiichi Kamiyanagi; 喜一上柳
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-10
Filing date: 1997-07-10
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】光利用効率が高くて表示画面が明るく、小型
・低消費電力で光源寿命の長いプロジェクタ装置を提供
する。【解決手段】発光素子アレイ部２は、赤色ＬＥＤチッ
プ，緑色ＬＥＤチップ，青色ＬＥＤチップからなる複数
のＬＥＤランプを備える。赤色ＬＥＤチップ，緑色ＬＥ
Ｄチップおよび青色ＬＥＤチップが時系列的に発光した
Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂは、整形光学系
３によって平行光に整形され、ダイクロイックミラー４
で反射した後、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０に
入射し、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０によって
各色の画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂに応じて時系列的に空
間変調が施され、投影光学系７によってスクリーン６に
拡大投影される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単一の２次元の空
間光変調器を用いて多階調の画像を投影するプロジェク
タ装置に関し、特に、光利用効率が高くて表示画面が明
るく、小型・低消費電力で光源寿命の長いプロジェクタ
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今、高精細テレビ（ＨＤＴＶ）等の出
現やパーソナルコンピュータの普及とそのマルチメディ
ア化により、複数人で使用する数十インチから２００イ
ンチの高精細・大画面の画像表示と小型・軽量化への要
求が高まってきており、それに向けた各種方式の製品が
開発されてきている。この要求に対応するものとして、
従来より、液晶ディスプレイ，プラズマディスプレイ，
発光ダイオードディスプレイ等の平面ディスプレイがあ
る。

【０００３】液晶ディスプレイは、近年、１４インチの
卓上型から大型化が進み、液晶空間光変調器を２枚張り
合わせた２５インチのものも発表されている。しかし、
液晶ディスプレイの場合、液晶空間光変調器を作製する
プロセスが複雑で長く、大型のものができない、高価格
となる等の本質的な問題があり、数十インチ以上の大型
化は難しく、なされたとしても数枚の液晶空間光変調器
を張り合わせて作られるため、そのつなぎ目が問題とな
る外、高価格となることは否めない。

【０００４】プラズマディスプレイは、上記液晶ディス
プレイに対抗する大画面ディスプレイとして、最近出現
し注目を集めている。それは、プラズマディスプレイ
は、構造が簡単で、作製プロセスが短く、大画面のもの
が作り易いこと、プラズマからの紫外光による励起に適
した蛍光体の開発により、色再現性の良いディスプレイ
が可能になったこと等による。しかし、プラズマディス
プレイの場合、発光効率が悪いため、４０インチでも３
００Ｗ程度の大入力が必要である、放電電圧が２００〜
３００Ｖと高いため、高耐圧の駆動回路が必要となる等
の問題がある。また、平面ディスプレイといっても実際
には筐体も含めて１０センチ程度の厚さとなり、重量も
４０インチ程度で数十キログラムと重く、壁掛け型とし
て使用するには特別の工事が必要となる。

【０００５】発光ダイオードディスプレイは、近年開発
された高輝度・高効率の緑色や青色の発光ダイオード
と、既存の高効率の赤色発光ダイオードとを組み合わせ
て画素を構成したものが開発されている。この場合、１
画素を３つの発光ダイオードで構成するため、通常のパ
ソコン程度の画素数（４８０×６００）でも約９０万個
の発光ダイオードが必要となる。従って、将来発光ダイ
オードの価格が１個１０円程度に下がったとしても、発
光ダイオードのコストだけでも１千万円程度と高価格に
なり、家庭や小会議室で用いるには不向きである。

【０００６】上述した平面ディスプレイの有する問題を
回避するものとして、プロジェクタ装置が知られてい
る。このプロジェクタ装置は、従来より、光源や空間光
変調器、３原色分離合成用光学系等の種類により種々の
タイプのものが開発されており、空間光変調器として
は、透過型あるいは反射型の液晶空間光変調器や、２次
元マイクロ偏向ミラーアレイ等の各種のものがある。こ
のプロジェクタ装置では、画像表示部として画像光を投
影するスクリーンないし白色の壁があればよく、像表示
部は軽量にできる、また、使用場所の広さに応じて画面
サイズを自由に変えられる等の利点がある。また、空間
光変調器で形成された画像光を投影レンズを用いて数十
倍に拡大投影するため、空間光変調器自体は２〜３イン
チと通常のディスプレイに比べて非常に小型のものでよ
く、低価格化の可能性を内包した装置であると言える。

【０００７】図７は、従来のプロジェクタ装置として空
間光変調器に単一の２次元マイクロ偏向ミラーアレイを
用いたものを示す（ＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎＤｉｓｐｌ
ａｙII ，Ｐ．１９３，１９９６：Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓｏｆＳＰＩＥ，Ｖｏｌ．２６５０）。このプロ
ジェクタ装置１００は、白色光を発光するキセノンラン
プ，ハロゲンランプ，メタルハライドランプ等のランプ
１０１、およびこのランプ１０１の出力光を一旦集光し
た後、所定の方向に反射する放物線状のリフレクタ１０
２からなる光源部１０３と、光源部１０３の出力光から
赤外成分を取り除くコールドミラー１０４と、コールド
ミラー１０４からの光を回転フィルター板１０５に取り
付けられた赤，緑，青（Ｒ，Ｇ，Ｂと略す。）３色のフ
ィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂ上に集光する集
光レンズ１０６と、フィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１
０５ｂによって色分離されたＲ，Ｇ，Ｂの３色光Ｌｒ，
Ｌｇ，Ｌｂを折り返しミラー１０８に導くリレイレンズ
１０７と、折り返しミラー１０８からのＲ，Ｇ，Ｂの３
色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを偏向してＲ，Ｇ，Ｂ３色の画像
信号光１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂを出力する２次元
マイクロ偏向ミラーアレイ１０９と、２次元マイクロ偏
向ミラーアレイ１０９からの画像信号光１０９ｒ，１０
９ｇ，１０９ｂと折り返しミラー１０８からのＲ，Ｇ，
Ｂの３色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂとを分離する全反射プリズ
ム１１０と、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ１０９か
らの画像信号光１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂを図示し
ないスクリーンに投影する投影レンズ１１１とを備えて
いる。

【０００８】このプロジェクタ装置１００において、光
源部１０３の出力光１０３ａは、コールドミラー１０４
で赤外成分が取り除かれた後、集光レンズ１０６によっ
て集光され、回転フィルター板１０５のＲ，Ｇ，Ｂ３色
のフィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂを透過す
る。回転フィルター板１０５の回転速度は、画像のフレ
ーム表示速度に等しく、毎秒６０回転である。その１回
転の間に、回転フィルター板１０５の透過光（１０３
ａ）は、フィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂによ
ってＲ，Ｇ，Ｂの３色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに時分割的に
色分離され、折り返しミラー１０８および全反射プリズ
ム１１０を介して２次元マイクロ偏向ミラーアレイ１０
９に入射する。２次元マイクロ偏向ミラーアレイ１０９
に入射したＲ，Ｇ，Ｂの３色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂは、各
色の画像信号に基づいて偏向され、画像信号光１０９
ｒ，１０９ｇ，１０９ｂとして形成される。この画像信
号光１０９ｒ，１０９ｇ，１０９ｂは、投影レンズ１１
１によって図示しないスクリーンに投影される。ところ
で、Ｒ，Ｇ，Ｂのフィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０
５ｂの面積比率は、Ｒ，Ｇ，Ｂ光の強度により若干異な
るが、Ｒ，Ｇ，Ｂ光それぞれの持続時間は平均５．６ミ
リ秒である。２次元マイクロ偏向ミラーアレイ１０９中
の各マイクロ偏向ミラーの偏向時定数は、５マイクロ秒
と上記の持続時間の１／１０００であり、マイクロ偏向
ミラーの偏向時間の調節により、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ８
ビット以上の階調を付けることが可能である。このよう
に単一の２次元マイクロ偏向ミラーアレイ１０９を用い
ることにより、部品点数が少なく、小型で、低価格化が
望め、家庭用の表示装置として適したプロジェクタ装置
を実現することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のプロジ
ェクタ装置１００によると、以下の問題がある。

【００１０】(1) 光利用効率が悪い。光源としてキセノ
ンランプやハロゲンランプ、メタルハライドランプが使
用されているため、光源の寿命が短い上にオンオフ変調
ができないので連続点灯をすることになる。また、上記
のように時分割でＲ，Ｇ，Ｂ光の変調を行うため、Ｒ，
Ｇ，Ｂ光は、それぞれ他の色光を変調している間はフィ
ルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂでカットされる。
このため、光利用効率はその分低下し、３つのマイクロ
偏向ミラーアレイを用いてＲ，Ｇ，Ｂ光を個別に変調す
る方式に比べて約１／３に減少する。一方、プロジェク
タ装置に使用されるハロゲンランプやキセノンランプ等
の光源は放電のための数センチ大のガラス球内に封じ込
められており、リフレクタのサイズはそれに制限されて
あまり小さくできないため、この出力光を１０〜２０ｍ
ｍサイズの平行光に整形した時の集光効率は低く、５０
％以下である。また、偏向ミラーにはアルミが使用で
き、反射率は９０％であるが、他の光学系でのけられや
吸収を考慮すると、総合の光利用効率は１０％と小さく
なる。また、メタルハライドランンプの場合、Ｒ色のス
ペクトルの光強度は弱いため、カラーバランスを良くし
ようとすると、他のＧ色，Ｂ色のスペクトルの光強度を
減じなければならず、さらに利用効率は低下する。現在
開発されている単板型のマイクロ偏向ミラーアレイを用
いたプロジェクタ装置の投影光束は、光源電気入力３０
０Ｗとしてもせいぜい３００ｌｍ程度であり、発光効率
が悪い。

【００１１】(2) 消費電力が大きく、装置が大型にな
る。光利用効率が悪いことから、メタルハライドランン
プのように高輝度の光源を使用しなければならず、その
ために消費電力が３００Ｗと大きくなり、電源部の大型
化に伴い、プロジェクタ装置も大型になる。

【００１２】(3) ランプの寿命が短く、頻繁なランプ交
換が必要となる。光源としてキセノンランプやハロゲン
ランプ、メタルハライドランプが使用されているため、
光源の寿命が短い上にオンオフ変調ができないので連続
点灯をすることになることから、頻繁なランプ交換が必
要となる。例えば、メタルハライドランプの場合では、
中心強度が５０％低下するまでの時間で評価して１００
０時間である（照明学会誌、第７７巻、第１２号、Ｐ．
７４８、平成５年）。これは８時間／日の使用頻度で４
か月程度の寿命となり、頻繁なランプ交換が必要とな
る。しかし、ランプ表面は高温となるため、わずかでも
汚れがあるとランプが爆発する危険がある、ランプに位
置ずれがあると集光効率が下がったり、画質が低下する
等の問題があり、素人によるランプ交換は難しく、専門
の技術者が取り替えている状況である（たとえば１００
０万台普及したとすると、１日に１０万件のランプ交換
が発生し、１万人以上の技術者が必要となる）。

【００１３】(4) その他回転フィルター板１０５の透過光のうち表示に利用され
ない光はフィルター１０５ｒ，１０５ｇ，１０５ｂに吸
収され、このときの熱でフィルター１０５ｒ，１０５
ｇ，１０５ｂや装置１００内が加熱され、装置の信頼性
を低下させる、空冷用のファンが必要となる等の問題が
ある。

【００１４】これらのことが、高価格であることの外
に、プロジェクタ装置が家庭や小会議室等になかなか普
及しないことの大きな原因である。

【００１５】従って、本発明の目的は、光利用効率の向
上を図り、表示画面の明るいプロジェクタ装置を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、低消費電力
化を達成でき、小型化を図ったプロジェクタ装置を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、光源の長
寿命化を図ったプロジェクタ装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、発光色の異なる複数の半導体発光素子から
なる複数の発光体と、前記複数の半導体発光素子を前記
発光色毎に順次発光させて複数の出力光を時系列的に出
射させる駆動手段と、前記複数の発光体から出射された
前記複数の出力光を平行光に整形する整形光学系と、前
記整形光学系からの前記平行光に前記発光色に対応する
画像信号に応じた空間変調を施して複数の画像信号光を
時系列的に出力する単一の空間光変調手段と、前記空間
光変調手段からの前記複数の画像信号光をスクリーンに
投影する投影光学系を備えたことを特徴とするプロジェ
クタ装置を提供する。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
るプロジェクタ装置を示す。このプロジェクタ装置１
は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の３原色光Ｌｒ，Ｌ
ｇ，Ｌｂを時系列的に発光する発光素子アレイ部２と、
発光素子アレイ部２からの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを
平行光に整形する整形光学系３と、平行光に整形された
３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを反射するダイクロイックミ
ラー４と、ダイクロイックミラー４で反射した３原色光
Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに各色の画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂに
応じて反射光量が変化する処理（空間変調）を時系列的
に施してＲ，Ｇ，Ｂの画像信号光５ｒ，５ｇ，５ｂとし
て出力する空間光変調部５と、空間光変調部５からの
Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号光５ｒ，５ｇ，５ｂを時系列的に
スクリーン６に拡大投影する投影レンズの如き投影光学
系７と、発光素子アレイ部２を駆動する発光素子アレイ
部ドライバー８と、空間光変調部５を駆動する空間光変
調部ドライバー９と、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像信号Ｓｒ，Ｓ
ｇ，Ｓｂに基づいて発光素子アレイ部ドライバー８およ
び空間光変調部ドライバー９を制御する制御部１０とを
具備している。

【００１８】発光素子アレイ部２は、複数の発光体とし
ての発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」という。）ランプ
から構成され、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌ
ｂを発光するＬＥＤアレイ２０と、ＬＥＤアレイ２０の
前面にそれぞれ配置されたマスク２１とを備えている。

【００１９】整形光学系３は、発光素子アレイ部２から
の３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを平行光に整形する２次元
のマイクロレンズアレイ３０と、マイクロレンズアレイ
３０によって整形された３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを空
間光変調部５の後述する２次元マイクロ偏向ミラーアレ
イ５０の画素範囲に対応して縮小する、凸レンズ３１お
よび凹レンズ３２を組み合わせて構成された縮小光学器
３３とを備えている。なお、マイクロレンズアレイ３０
の代わりに、ガラス等の透明媒体からなる微小な凹凸面
を有するホモジナイザ等を用いてもよい。この場合は、
ＬＥＤアレイ２０からの入射光が微小凹凸面により散乱
され、この微小凹凸面が２次的な光源面として機能し、
この散乱光は縮小光学器３３によって平行光に整形され
る。

【００２０】空間光変調部５は、ダイクロイックミラー
４からの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂに空間変調を画素毎
に施す２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０と、２次元
マイクロ偏向ミラーアレイ５０に入射したＲ，Ｇ，Ｂの
３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂの無効反射光を受光するスト
ッパー５１とを備えている。

【００２１】次に、発光素子アレイ部２および整形光学
系３の詳細について図２および図３を参照して説明す
る。

【００２２】図２(a) は、ＬＥＤランプの構成を示し、
同図(b) はＬＥＤランプの出力光の指向性を示し、図３
は、発光素子アレイ部２と整形光学系３との関係を示
す。ＬＥＤランプ２２は、図２(a) に示すように、Ｒ，
Ｇ，Ｂの各色の光をそれぞれ発光するサイズ３５０μｍ
角の赤色ＬＥＤチップ２２０Ｒ，緑色ＬＥＤチップ２２
０Ｇおよび青色ＬＥＤチップ２２０Ｂを金属基板２２１
上に１００μｍの間隔で配置し、各ＬＥＤチップ２２０
（２２０Ｒ，２２０Ｇ，２２０Ｂ）は金属基板２２１上
にボンディングされている。なお、Ｇ色は比較的光量が
必要なため、２つの緑色ＬＥＤチップ２２０Ｇを使用し
た。また、ＬＥＤランプ２２は、ＬＥＤチップ２２０の
保護と光出力の増大および指向性を増すために、これら
を砲弾型のエポキシ樹脂２２２で覆っており、金属基板
２２１の下側からＬＥＤ基板に通電するための電極２２
３を導出している。また、ＬＥＤアレイ２０は、図２
(b) に示すような出力光の光量分布２２ａを有したサイ
ズ３ｍｍφのＬＥＤランプ２２を図３に示すようにＬＥ
Ｄ基板２３上に配列ピッチ４ｍｍで２次元に３００（１
５×２０）個配列し、アレイサイズを約６０×８０ｍｍ
とし、ＬＥＤチップ２２０を行単位で直列に配線し、か
つ、各行を並列に配線したものである。ＬＥＤランプ２
２を２次元に配列することにより、必要な光束を得るこ
とができる。また、ＬＥＤアレイ２０のサイズの縦横比
を３：４とし、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０の
画素範囲と合わせることで、光利用効率をさらに高める
ことができる。ＬＥＤランプ２２の出力光は、指向性が
強く、発光部面積も小さいため、集光効率が高くなる。
また、半導体発光素子のスペクトル幅が数十ｎｍ以下と
比較的狭い単色光を出力するので、色合成効率が高くな
る。

【００２３】マスク２１は、図３に示すように、開口部
２１ａによって各ＬＥＤランプ２２の出力光２２ａのう
ち周辺部をカットし、中心部の出力光２２ｂのみを透過
させるように構成されている。

【００２４】マイクロレンズアレイ３０は、図３に示す
ように、ＬＥＤアレイ２０の各ＬＥＤランプ２２の光軸
と一致するように正方形の複数のマイクロレンズ３０ａ
を隙間なく２次元に配列し、各マイクロレンズ３０ａの
焦点距離をＬＥＤアレイ２０とマイクロレンズアレイ３
０との距離Ｄ₁にほぼ等しくしている。また、マイクロ
レンズアレイ３０の各マイクロレンズ３０ａの開口数Ｗ
をＬＥＤランプ２２の中心部の出力光２２ｂの広がり角
（約３０度）θに対応させている。これにより、ＬＥＤ
ランプ２２の出力光２２ｂは、ほぼ均一な光強度分布を
有する平行光３０ｂとなる。

【００２５】図４は、縮小光学器３３の詳細を示す。縮
小光学器３３は、マイクロレンズアレイ３０の各マイク
ロレンズ３０ａからの平行光３０ｂを凸レンズ３１と凹
レンズ３２によって縮小し、平行光３３ａとしてダイク
ロイックミラー４を介して２次元マイクロ偏向ミラーア
レイ５０に入射するようになっている。縮小光学器３３
の縮小率は、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０のサ
イズとＬＥＤアレイ２０のサイズの比率より若干小さい
値（例えば、０．１３／１）とする。これにより、マイ
クロレンズアレイ３０からの平行光３０ｂを再度平行光
３３ａとして２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０にほ
ぼ均一に照射することができる。

【００２６】図５は、空間光変調部５の詳細を示す。２
次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０は、１６μｍ程度の
正方形状の複数のマイクロ偏向ミラー５２を半導体基板
５３上にピボット５４によって２次元アレイ状に配列し
て構成されている。ここでは、画素数（ミラー数）４８
０×６４０ドット、画素範囲約７．７×１０．２ｍｍの
ものを用いる。各マイクロ偏光ミラー５２は、空間光変
調部ドライバー９の駆動によって半導体基板５３にアレ
イ状に形成されたトランジスタ（図示省略）がオンして
発生する静電力に基づいて偏向し、ＬＥＤアレイ２０か
らの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを有効反射光とする場合
は、マイクロ偏向ミラー５２は図５の実線で示す状態に
配置され、３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを投影光学系７に
順次反射し、無効反射光とする場合は、マイクロ偏向ミ
ラー５２は図５の破線で示す状態に配置され、３原色光
Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂをストッパー５１に順次反射するよう
になっている。また、各マイクロ偏向ミラー５２は、制
御部１０の制御に基づく空間光変調部ドライバー９の駆
動によってＲ，Ｇ，Ｂの画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂを構
成する画素信号の大きさに応じて投影光学系７への反射
時間（最大で４．５ミリ秒、最小で１７．６マイクロ
秒）が制御され、反射光量が２５６階調（８ビット）で
変化するようになっている。

【００２７】図６(a) は、本装置１各部の動作タイミン
グ、同図(b) は、ＬＥＤチップ２２０の印加可能電流の
パルスデュティ比に対する依存性を示し、同図(c) は、
ＬＥＤチップ２２０の入力電流に対する出力特性を示
す。制御部１０は、同図(a) に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂ
の画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂが入力されると、その入力
のタイミングに同期して１フレーム間に赤色ＬＥＤチッ
プ２２０Ｒ，緑色ＬＥＤチップ２２０Ｇ，青色ＬＥＤチ
ップ２２０Ｂが所定のデュディ比（約１／３）で時系列
的に点灯するように発光素子アレイ部ドライバー８に対
する点灯制御を行うとともに、２次元マイクロ偏向ミラ
ーアレイ５０が時系列的に偏向を行うように空間光変調
部ドライバー９に対する光量制御を行うものである。こ
の光量制御により多階調（フルカラー）の画像表示が可
能になる。また、制御部１０は、２次元マイクロ偏向ミ
ラーアレイ５０における水平および垂直ブランキング期
間は、ＬＥＤチップ２２０を消灯するように発光素子ア
レイ部ドライバー８を制御するようになっている。

【００２８】図６(b) から明らかなように、デュティ比
を１００％（連続入力（ＣＷ））から約１／３に下げる
ことで、印加可能電流を２．５倍に増加させることが
でき、出力もこれに比例して３倍あるいはそれ以上に増
加させることができる。これは、ＬＥＤチップ２２０の
印加電流および出力は、主に発熱量で制限されているた
め、印加可能電流を点灯時間に逆比例して増加させるこ
とができ、出力もこれに比例してあるいはそれ以上に増
加させることができるからである。

【００２９】また、図６(c) から明らかなように、入力
電流に対する出力は、ＣＷの場合（破線）入力電流の増
加に連れて飽和傾向を示すのに対して、パルス入力の場
合（デュティ比３０％）には６０ｍＡまで入力電流に比
例して増加する。ＬＥＤチップ２２０の定格電流値はＣ
Ｗの場合２０ｍＡ程度である。従って、デュティ比を３
０％程度に下げることにより、出力は３倍以上に増加で
きる。言い換えると、時系列的にＲ，Ｇ，Ｂ光を分割し
ても総出力はＣＷの場合と同程度以上にできることが分
かる。さらに、画像フレームの水平および垂直のブラン
キング期間の間に全ＬＥＤチップ２２０を消灯すること
により、さらにパルス光出力の増加が可能となる。ＮＴ
ＳＣ信号の場合、ブランキング期間は全体の２０％であ
るが、この間は全ＬＥＤチップ２２０の消灯が可能なの
で、それぞれのＬＥＤチップ２２０Ｒ，２２０Ｇ，２２
０Ｂのデュティ比は２７％まで下げられ、この結果、パ
ルス電気入力はＣＷの場合の約３倍、出力は約３．５倍
にでき、光利用効率をさらに高めることができる。

【００３０】次に、上記構成の第１の実施の形態に係る
プロジェクタ装置１の動作を説明する。制御部１０は、
各色の画像信号Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂに同期して発光素子ア
レイ部ドライバー８を制御し、ＬＥＤアレイ２０の赤色
ＬＥＤチップ２２０Ｒ，緑色ＬＥＤチップ２２０Ｇ，青
色ＬＥＤチップ２２０Ｂを時系列的に点灯させる。すな
わち、制御部１０は、図６(a) に示すように、Ｒの画像
信号Ｓｒが入力されると、ＬＥＤアレイ２０の赤色ＬＥ
Ｄチップ２２０Ｒを点灯させ、Ｇの画像信号Ｓｇが入力
されると、緑色ＬＥＤチップ２２０Ｇを点灯させ、Ｂの
画像信号Ｓｂが入力されると、青色ＬＥＤチップ２２０
Ｂを点灯させる。ＬＥＤアレイ２０で発光した赤色光Ｌ
ｒ，緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂは、マスク２１によっ
て周辺部がカットされた後、整形光学系３のマイクロレ
ンズアレイ３０を構成するマイクロレンズ３０ａによっ
て平行光に整形され、縮小光学器３３によって縮小さ
れ、ダイクロイックミラー４で反射し、空間光変調部５
の２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０にそれぞれ入射
する。

【００３１】一方、制御部１０は、各色の画像信号Ｓ
ｒ，Ｓｇ，Ｓｂに同期して空間光変調部ドライバー９を
制御し、空間光変調部５の２次元マイクロ偏向ミラーア
レイ５０にてＲ，Ｇ，Ｂの３色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを時
系列的に空間変調させる。すなわち、ＬＥＤアレイ２０
からの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂを有効反射光とする場
合は、制御部１０は、Ｒの画像信号Ｓｒが入力される
と、赤色光Ｌｒに画像信号Ｓｒを構成する画素信号に応
じて反射光量が変化する空間変調を２次元マイクロ偏向
ミラーアレイ５０にて画素毎に施し、Ｇの画像信号Ｓｇ
が入力されると、緑色光Ｌｇに画像信号Ｓｇを構成する
画素信号に応じて反射光量が変化する空間変調を２次元
マイクロ偏向ミラーアレイ５０にて画素毎に施し、Ｂの
画像信号Ｓｂが入力されると、青色光Ｌｂに画像信号Ｓ
ｂを構成する画素信号に応じて反射光量が変化する空間
変調を２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０にて画素毎
に施す。このとき、２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５
０は、ＬＥＤアレイ２０からの３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌ
ｂを有効反射光とする場合は、３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌ
ｂを投影光学系７に反射し、無効反射光とする場合は、
３原色光Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂをストッパー５１に反射す
る。２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５０によって有効
反射光として空間変調されたＲ，Ｇ，Ｂの画像信号光５
ｒ，５ｇ，５ｂは、投影光学系７によってスクリーン６
に拡大投影される。このようにして、フルカラー画像が
スクリーン６に大画面で表示される。

【００３２】次に、上記第１の実施の形態に係るプロジ
ェクタ装置１の効果を説明する。 (イ) 光利用効率が向上し、明るい表示画面が得られる。
Ｒ，Ｇ，Ｂの各色別の光源を用いているので、色分離が
不要となり、色分離時の光損失を避けることができる。
また、指向性良く集光できるため、投影光学系７の投影
効率を８５％以上に高くできる。この結果、この装置１
の光学系における光透過効率は、発光素子アレイ部２お
よび整形光学系３では９０％、２次元マイクロ偏向ミラ
ーアレイ５０の反射率は９０％、投影光学系７では８５
％であるので、総合の光利用効率は約７０％と従来の約
７倍に向上した。また、Ｒ，Ｇ，ＢのＬＥＤチップ２２
０Ｒ，２２０Ｇ，２２０Ｂの出力光の波長、色度座標、
およびパルス光出力が、それぞれ６５０ｎｍ：（０．
７、０．２８）：１．２ｌｍ、５２０ｎｍ：（０．１
７、０．７）：５ｌｍ、４５０ｎｍ：（０．１３、０．
０７５）：１ｌｍであるので、合成白色光の色度座標は
（０．３４、０．３５）でほぼ標準の白色となり、全Ｌ
ＥＤランプ２２で約７２０ｌｍ、投影光束である画像信
号光５ｒ，５ｇ，５ｂとして５００ｌｍの明るさが得ら
れた。

【００３３】(ロ) 低消費電力化を達成でき、小型化が図
れる。ＬＥＤチップ（２２０）１個当たりの消費電力
は、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ１２０ｍＷ、１６５ｍＷ、２１
０ｍＷ（電流は各６０ｍＡ）、各ＬＥＤチップ２２０
Ｒ，２２０Ｇ，２２０Ｂの点灯デュティ比を２７％とす
ることにより、全消費電力は３０Ｗ以下と従来の１／１
０になった。ＬＥＤチップ（２２０）１個当たりの動作
電圧は２〜３．６Ｖであり、ＬＥＤアレイ２０の動作電
圧と電流を扱い易い値（＜１００Ｖ、＜１Ａ）に抑える
ために、ＬＥＤアレイ２０中のＬＥＤチップ２２０を行
単位を直列に配線し、かつ、各行を並列に配線している
ので、ＬＥＤチップ２２０の動作電圧と電流は、それぞ
れ４０〜８０Ｖ、０．５Ａとなった。また、各ＬＥＤチ
ップ２２０は、水平ブランキング（ＮＴＳＣ信号では約
１３％）と垂直ブランキング（８％）の期間は消灯し
た。これにより、約２割の電力と発熱量の低減が図ら
れ、ＬＥＤアレイ２０の全消費電力を更に抑えることが
できる。また、単一のＬＥＤアレイ２０と単一の空間光
変調器を用いているので、プロジェクタ装置の小型化が
図れる。

【００３４】(ハ) 光源の長寿命化が図れる。光源である
ＬＥＤランプ２２の寿命は１万時間以上と、ハロゲンラ
ンプ等の１０倍以上であるため、光源の大幅な長寿命化
が図れ、８時間／日程度の使用頻度で４年近く継続して
使用可能になる。

【００３５】(ニ) コスト低減が図れる。ＬＥＤランプ２
２の価格は１０〜数十円／個であり、ＬＥＤアレイ２０
全体では数千円〜１万円と若干従来の光源（千数百円）
に比べて割高となるが、この間まったくランプの交換が
要らないこと、消費電力が１／１０であることや安全性
などを考慮すれば、光源のコストが１桁高くても十分見
合うものである。

【００３６】なお、上記実施の形態では、空間光変調器
として、単一の２次元マイクロ偏向ミラーアレイを使用
したが、強誘電液晶を用いた反射型や透過型の空間光変
調器を用いても同様の効果の得られることは言うまでも
ない。また、ネマチック液晶や分散型液晶を用いた反射
型や透過型の空間光変調器においても、変調速度が数十
ミリ秒と遅いため、画像のちらつきが生じるがやはり同
様の効果を得ることができる。また、上記実施の形態で
は、発光素子アレイとして、Ｒ，Ｇ，Ｂの出力光を出射
するものを用いたが、このうちの２色、あるいは他の２
色以上の組合せでもよい。２色の出力光を用いた場合
に、２色とその混色で画像信号光を時系列的に表示して
もよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、光
源の出力光が指向性を有しているので、光利用効率の大
幅な改善を図ることができ、明るい表示画面が得られ
る。また、光源に発光効率の高い半導体発光素子を用い
ているので、低消費電力化が達成できる。光利用効率が
高くなり、低消費電力化が図れることから、光源の長寿
命化が図れる。さらに、単一の発光体アレイと単一の空
間光変調手段を用いているので、小型化が図れる。この
結果、家庭や小会議室等への普及が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプロジェクタ装置の
構成図である。

【図２】(a) は本実施の形態に係るＬＥＤランプの構成
図、(b) はその出力光の指向性を示す図である。

【図３】本実施の形態に係る発光素子アレイ部と整形光
学系との関係を示す図である。

【図４】本実施の形態に係る縮小光学器の詳細を示す図
である。

【図５】本実施の形態に係る空間光変調部の詳細を示す
図である。

【図６】(a) は本装置各部の動作タイミングを示す図、
(b) はＬＥＤチップの印加可能電流のパルスデュティ比
に対する依存性を示し、(c) はＬＥＤチップの入力電流
に対する出力特性を示す図である。

【図７】従来のプロジェクタ装置の構成図である。

【符号の説明】

１プロジェクタ装置２発光素子アレイ部３整形光学系４ダイクロイックミラー５空間光変調部５ｒ，５ｇ，５ｂ画像信号光６スクリーン７投影光学系８発光素子アレイ部ドライバー９空間光変調部ドライバー１０制御部２０ＬＥＤアレイ２１マスク２１ａ開口部２２ＬＥＤランプ２２ａ光量分布２２ｂ出力光２３基板３０マイクロレンズアレイ３０ａマイクロレンズ３０ｂ，３３ａ平行光３１凸レンズ３２凹レンズ３３縮小光学器５０２次元マイクロ偏向ミラーアレイ５１ストッパー５２マイクロ偏向ミラー５３半導体基板５４ピボット２２０Ｒ赤色ＬＥＤチップ２２０Ｇ緑色ＬＥＤチップ２２０Ｂ青色ＬＥＤチップ２２１金属基板２２２エポキシ樹脂２２３電極Ｄ₁ 距離Ｌｒ赤色光Ｌｇ緑色光Ｌｂ青色光Ｓｒ，Ｓｇ，Ｓｂ画像信号Ｗ開口数 θ 広がり角

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光色の異なる複数の半導体発光素子から
なる複数の発光体と、前記複数の半導体発光素子を前記発光色毎に順次発光さ
せて複数の出力光を時系列的に出射させる駆動手段と、前記複数の発光体から出射された前記複数の出力光を平
行光に整形する整形光学系と、前記整形光学系からの前記平行光に前記発光色に対応す
る画像信号に応じた空間変調を施して複数の画像信号光
を時系列的に出力する単一の空間光変調手段と、前記空間光変調手段からの前記複数の画像信号光をスク
リーンに投影する投影光学系を備えたことを特徴とする
プロジェクタ装置。
【請求項２】前記発光体は、前記発光色が赤色、緑色お
よび青色の３つの前記半導体素子からなる構成の請求項
１記載のプロジェクタ装置。
【請求項３】前記複数の発光体は、１次元あるいは２次
元に配列された構成の請求項１記載のプロジェクタ装
置。
【請求項４】前記半導体発光素子は、発光ダイオード・
チップからなる構成の請求項１記載のプロジェクタ装
置。
【請求項５】２次元に配列された前記複数の発光体の前
記複数の半導体発光素子は、前記空間光変調手段におけ
る前記空間変調の水平および垂直のブランキング期間に
消灯される構成の請求項３記載のプロジェクタ装置。
【請求項６】２次元に配列された前記複数の発光体は、
縦横比を前記スクリーンに投影される画面の縦横比と同
程度とした構成の請求項３記載のプロジェクタ装置。
【請求項７】２次元に配列された前記複数の発光体の前
記複数の半導体発光素子は、行単位で直列に接続され、
かつ、各行が並列に接続された構成の請求項３記載のプ
ロジェクタ装置。
【請求項８】前記整形光学系は、前記複数の発光体の前
記出力光を均一な光強度分布を有する前記平行光に整形
する構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項９】前記整形光学系は、前記複数の発光体の前
面に前記複数の発光体に対向するように配置され、前記
複数の発光体から出射された前記複数の出力光を前記平
行光に整形する複数のマイクロレンズによって構成され
る請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項１０】前記整形光学系は、主として２つのレン
ズにより前記複数の発光体から出射された前記複数の出
力光を拡大あるいは縮小して前記平行光に整形する構成
の請求項１記載のプロジェクタ装置。
【請求項１１】前記空間光変調手段は、透過型若しくは
反射型の液晶空間光変調器、又は２次元光偏向ミラーア
レイを用いた構成の請求項１記載のプロジェクタ装置。